5G通信技术在电力物联网中的运用探究

2022-11-25蔡晖

通信电源技术 2022年13期

蔡晖

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

随着电力行业的不断发展，泛在电力物联网（Internet of Things，IoT）受到了人们的广泛关注。为全面提升泛在电力物联网应用运行质量，结合电力物联网运行要求和规范深度融合5G通信技术，建构更加科学规范的物联应用体系，从而一定程度上推进电力物联网的高效部署，在满足电力物联网应用需求的同时提升安全防护水平。

1 5G通信技术在电力物联网中应用的必要性

在通信技术不断发展的时代背景下，5G通信技术以低时延、强带宽以及高移动速率等特性被广泛应用于各行业，如图1所示[1]。

图1 5G通信技术特点

5G通信技术应用在泛在电力物联网场景，能在满足多元业务需求的同时，更好地提升服务质量。例如：电力物联网要完成智慧电厂生产和管理系统数据的实时性采集，可应用5G通信技术的高连接密度特性，提升数据采集的质量；电力物联网要完成时空定位和可视化运维管理，可应用5G通信技术实现高精度对时，并建立全方位的定位网络覆盖处理模式；电力物联网需要实时监测和预警输电线路山火，可利用5G通信技术低时延的优势，提升数据采集的精度和准确性，优化预警效率；电力物联网要实现在线监测输电线路状态，可应用5G通信技术提升监测水平[3]。

综上所述，5G通信技术在满足电力业务通信需求方面具有突出优势，能更好地辅助电力系统开展相关工作，并保证服务质量和时效性，具有重要的推广价值。

2 5G通信技术在电力物联网中应用的具体内容

2.1 关键技术

5G通信技术在电力物联网中的关键技术为深度覆盖技术和输电线路智能监测技术。深度覆盖技术能够多维度汇总电网各个无线通信应用场景数据，实现在满足通信性能指标要求的同时减少信号覆盖盲区，平均电场强度能达到2 845 V/m[4]。输电线路智能监测技术可以结合边缘计算模式计算分析不同数据，降低通信时延，同时利用边缘计算实现数据接入、存储和通信管理[5]。

2.2 设计内容

为更好地提升电力物联网应用水平，要整合通信技术要点，建立完整的泛在物联网控制模式，打造多元合理化技术体系，优化物联网综合管理效果。目前，5G通信技术被应用在泛在电力物联网的不同业务场景中，发挥其优势作用的同时，为泛在电力物联网多元服务升级提供保障，如图2所示。

图2 5G通信技术应用场景

2.2.1 分布式能源和储能并网

新能源本身具有间歇性和不确定性特点，因此对电网应用通信的需求与日俱增，而5G通信技术能实现传统技术无法达到的时延和可靠性要求。

（1）数据实时性交互处理。基于5G通信技术的高带宽特性，建立能源资源评估模块和分布式能源调节能力评估模块，结合评估分析的相关数据内容，提升分布式能源协调数据实时汇总和交互管理的水平。

（2）精准控制。分布式新能源要借助电力电子装置接入电网完成相关工作。利用5G通信技术的高带宽特质，能建立新能源的精准管理体系，优化新能源的消纳效果[6]。

（3）大规模接入。在电力物联网体系中，分布式风电终端和光伏终端等子网体系应用范围不断扩大，使得如何满足规模化接入成为难点。利用5G通信技术能贴合海量分布式新能源和储能接入要求，匹配连接业务标准，完成规模化接入工作。

2.2.2 输变电运行监控

随着电力物联网的建设，输变电业务采集数据量不断增加，输变电运维管理工作的难度随之加大。为了加强输变电运维管理，需要整合5G通信技术要求，落实监控工作。

（1）输变电高清监控。基于泛在电力物联网应用要求，输变电监控模式要结合全方位多视角开展电网状态感知工作。不仅能实现结构化电网运行数据的汇总，还能有效采集非结构化数据内容。例如，无人机电力巡检业务工作的开展，要完成高压输电线路和特高压输电线路的巡查，借助高清图片和视频有效辅助检修工作人员开展实时性状态评估。因此，要配置激光雷达设备，实现对无人机数据的管理。传统的通信方式无法满足传输数据的带宽要求，因此需选择能达到200 Mb/s以上带宽的5G通信技术作为传输数据的通信方式，以开展相应的业务管理工作[7]。

（2）输变电智能运维。变电运维质量和运行效率在电网应用控制体系中的要求较高，而借助5G视频传输业务能有效缓解人工巡检压力，提高实时运维检修工作的效率。5G通信技术应用模式中利用多元控制模式能实现运维可视化处理，在排查故障的同时提升故障定位的实时控制效果。例如，南方电网在广州试行5G通信技术+智能巡检业务，利用无人机和5G巡检机器人完成了数据采集和数据汇总，并在获取实时指令后回传高清视频图像，为运维水平的全面提升奠定基础。

2.2.3 配电网调控保护

为了保护配电网调控，需要进行两方面准备。一方面，结合5G通信技术建立配网海量运行信息的实时采集和传输管理体系，保证运行分析数据能有效体现相关设备的运行情况，并建立配网广域量测和配网态势感知等工作模式，确保智能调控工作顺利展开。另一方面，应用5G通信技术不仅能实时采集并分析配网终端状态量，实现全方位多角度感知管理，保证实时控制效果的最优化，支持非故障区域的隔离处理，维持业务的正常运行，减少停电造成的经济损失[8]。

2.2.4 用户负荷感知和调控

第一，智能电表利用本地通信能实现数据的实时汇总管理，且应用5G通信技术实现电力末端用户侧的全面覆盖，提升数据传输的实效性，支撑海量电网用户运行信息的实时管理。此外，应用该技术能建立实时感知控制体系，在汇总用户运行状态信息和电网运行工况信息的同时，实现用户负荷的多元感知。

第二，在用户紧急控制工作中应用5G通信技术，能实现用户负荷侧信息汇总。一旦电网出现故障，可以借助全方位调控处理，结合稳控技术，实现负荷控制体系的精准管理，保证海量电力用户精准管理工作顺利展开。一般而言，精准负荷控制系统中，装置的响应时间在10 ms以上，但应用5G通信技术低时延的优势能大大缩短响应时间，更好地支撑用户紧急控制业务运行[9]。

第三，在智能终端应用5G通信技术过程中，结合5G通信技术低时延特性，基于挖掘用户柔性可断负荷参与调峰能力，维持电网调度的协调性，减少尖峰负荷等问题对电网运行稳定性的影响，保证尖峰负荷时期电网应用控制的可靠性。

2.2.5 协同调度

随着分布式新能源和电动汽车充电桩等项目不断发展，人们对电网应用控制模式的要求越来越高。为全面提高电网协调调度水平和控制稳定性，要提供更加精准的实时海量数据分析处理手段。应用5G通信技术能实时采集并传输海量分布式电源数据，保证电网调控、运行分析平台等工作顺利展开，维持海量分布式电源实时调度工作的平衡性。

2.2.6 规划投资

随着泛在电力物联网的不断发展，国网公司资产类型逐渐增多，但传统技术体系无法支持所有设备在线接入，导致无法实时分析部分设备产出数据。5G通信技术大带宽、高速率等特性，能实现源设备、网设备、负荷设备以及储能设备的统一接入，实时上传管理物资信息，可以全面提高电网规划效果和综合治理水平[10]。